6.2.1.4. Режим большого импульсного сигнала

линейные искажения для “прямоугольных” импульсных сигналов большой амплитуды оцениваются с помощью переходной характеристики каскада . Выражение (5.28) свидетельствует о том, что при использовании ОУ с внутренней коррекцией АЧХ переходная характеристика имеет вид

, (6.35)

где  амплитуда импульсного сигнала.

под амплитудой импульсного сигнала понимается перепад напряжения от минимального значения до максимального значения.

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения в этом случае определяется производной при . . Отсюда . (6.36) Принимая во внимание [21, 22], что время установления усилителя с вида (6.35) определяется равенством

, (6.37)

нетрудно установить связь между максимальной скоростью нарастания выходного напряжения , временем установления и амплитудой выходного импульсного сигнала .

, т.е. . (6.38)

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ, выбираемого для реализации каскада должна обеспечивать требуемое быстродействие, т.е. должна отвечать неравенству .

нормированная переходная характеристика усилителя в режиме большого сигнала (6.35) аналогична по форме характеристике в режиме малого сигнала (6.23):

. (6.39)

Различие переходных характеристик в режимах большого и малого сигналов заключается лишь в том, что в режиме большого сигнала постоянная времени зависит от амплитуды выходного напряжения каскада (6.36).

Заметим, что в режиме большого сигнала всегда больше малосигнальной постоянной времени (6.22) при одинаковых коэффициентах усиления каскадов на одинаковых операционных усилителях. При уменьшении требуемой амплитуды выходного напряжения уменьшается, в пределе стремясь к .

6.2.2. Инвертирующий каскад

Инвертирующий каскад на ОУ (рисунок 6.6) является каскадом с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению.

Режим малого гармонического сигнала. Коэффициент передачи каскада определяется произведением:

, (6.40)

где - коэффициент передачи делителя ( ), уменьшающий уровень сигнала на входе ОУ по сравнению со входным напряжением каскада без обратной связи;

, как и ранее (6.2), - коэффициент передачи усилителя с учетом обратной связи.

Коэффициент передачи делителя для схемы (рисунок 6.6) при правильном выборе номиналов резисторов в рабочем диапазоне частот практически не зависит от частоты. Для этого сопротивления резисторов должны быть на менее чем на порядок меньшими, чем реактивные сопротивления паразитных емкостей, шунтирующих в рабочем диапазоне частот (как правило, это условие выполняется для заданий на учебное проектирование).

. (6.41)

деления входного сигнала приводит к отличию диаграммы Боде инвертирующего каскада от диаграммы Боде неинвертирующего каскада на (Рисунок 6.7).

Выражение (6.40) совместно с (6.8 –6.11) позволяет определить коэффициент передачи инвертирующего каскада

, (6.42)

где , и определяются равенствами (6.41, 6.8 и 6.11).

частотные, нормированные частотные и фазовые характеристики инвертирующего каскада оказываются аналогичными соответствующим характеристикам неинвертирующего каскада (см. 6.11 – 6.16, 6.18 - 6.21). Наличие делителя входного сигнала при этом приводит к некоторому уменьшению площади усиления каскада (см. 6.18), которое оказывается несущественным при коэффициентах усиления более 15 – 20 дБ.

При глубокой ОС ( )коэффициент усиления инвертирующего каскада и верхняя граничная частота определяются равенствами

и . (6.43)

Режим малого импульсного сигнала. Нормированная переходная характеристика неинвертирующего каскада в соответствии с равенствами (6.42, 6.12) аналогична характеристике неинвертирующего каскада. В этой связи равенства (6.22), (6.23) справедливы и для расчета характеристик инвертирующего каскада.

Режим большого гармонического сигнала. Частотная зависимость амплитуды выходного напряжения инвертирующего каскада на ОУ с внутренней коррекцией АЧХ, характеристики частотной зависимости выходного напряжения для разных уровней выходного напряжения в первом приближении оказываются аналогичными рассмотренным выше характеристикам для инвертирующего каскада (6.25 – 6.34). В принципе существуют незначительные различия этих характеристик, обусловленные различием коэффициентов передачи с неинвертирующего и инвертирующего входов входного дифференциального каскада ОУ. Однако их имеет смысл учитывать только при проектировании измерительных устройств повышенной точности [статья]. Такое проектирование выходит по объему за рамки типовых малоформатных заданий на учебное курсовое проектирование и может быть предметом индивидуальных заданий повышенной сложности и трудоемкости.

Режим большого импульсного сигнала. В учебном проектировании можно пренебречь незначительным различием передачи сигналов с неинвертирующего и инвертирующего входов ОУ [23]. Приближенно (с погрешностью менее 10%) можно считать линейные искажения импульсных сигналов большой амплитуды инвертирующего каскада одинаковыми с соответствующими искажениями неинвертирующего каскада (6.35 - 6.39).